CN109067123A - 一种新型拼接式无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种新型拼接式无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机，包括外定子、内定子和转子，所述的外定子有固定卡槽与内定子的内定子与外定子固定卡口相连；所述内定子采用采用分块结构和无槽结构，使绕组直接绕制在内定子轭上，并通过固结剂固定在内定子轭上；所述内定子在每个内定子分块上分别绕制一套绕组，使每个内定子分块能分开加工；所述的转子有两个不同极性的辐射环，使不同辐射环对应的气隙部分磁场方向相反。本发明内定子采用分块结构，内定子采用无槽结构，槽利用率更高，加工工序更简单，更容易实现自动化生产降低成本，安全性和可靠性更高，后期的维护工作量少。同时这个电机既可以运行在发电状态，又可以运行在电动状态。
Description
技术领域
本发明涉及永磁直流电机技术领域，具体涉及一种新型拼接式无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机。
背景技术
目前常规无刷永磁直流电动机大部分是用电力电子开关控制对应的绕组通入直流电，从而与转子的永磁磁场相互作用。从而使电机转起来。如专利号CN201621125632.1，CN201610711132.4，CN201610956189.0，CN201611036836.2，CN201610882958.7，CN201610852892.7，CN201610560312.7。虽然电力电子技术与传感器已经比较成熟，可以正确的控制直流电进入绕组，也能准确的得到转子的位置，但由于传统永磁电机固有的结构和电力电子与传感器的故障使得永磁电动机的转矩波动和可靠性降低。而且随着生产直流电动机的功率增大，电力电子器件的寿命和损耗也是具有挑战性的问题。所造成的结果是无刷永磁直流电动机的日常维护增加，可靠性和安全性降低。所以，一个能产生高质量运行转矩和维护工作量小的的无刷永磁电动机的设计，也一直困扰着我们。另外，常规电机的无刷直流发电机大部分是用电力电子整流器将发出的交流电整流成直流电，如专利号：2013102268481。但由于生产直流功率的增大，电力电子器件的寿命也是一个问题。所造成的结果是无刷直流发电机的日常维护增加，可靠性和安全性降低。所以，一个能产生高质量直流电和维护工作量小的的无刷发电机设计，也一直困扰着我们。而且这两种永磁电机一般不能通用，即不能同时为发电机和电动机，因为这两种电机用到的电力电子电路是不一样的。同时传统永磁直流电机和传统的无刷永磁直流电机都存在电枢退磁问题，一旦发生电枢退磁，对于永磁电机的损坏就是永久性的。同时专利一种新型无刷免整流直流发电机(2016211505930)是有槽结构，不仅结构复杂给加工带来很大麻烦和增加生产成本，同时相同半径尺寸槽面积减少，槽利用率减小，而且还有一定的齿槽效应。同时专利2016211505930的电枢绕组在不同辐射环中间的出线槽的交叉绕线使不同磁场极性产生的电动势在线圈的方向一致，即电枢绕组是一套线圈，两个定子结构要同时安装一套电枢绕组，加工工序复杂。
发明内容
有鉴于现今技术高速发展，特别是在永磁材料与技术的发展带动了电机行业的再一次的繁荣和跨越式的前进，本发明提出了一种新型拼接式无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机，这个电机可以通过更简单的加工工序加工，从而降低成本。同时这个电机既可以运行在发电状态，又可以运行在电动状态。其中一种辐射环的开发与应用更是为这个古老的电机行业增加新的气息。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
一种新型拼接式无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机，包括外定子、内定子和转子，所述的外定子有固定卡槽与内定子的内定子与外定子固定卡口相连；所述内定子通过内定子与外定子固定卡口与外定子卡槽相连；所述内定子采用无槽结构，使绕组直接绕制在内定子轭上，并通过固结剂固定在内定子轭上；所述内定子在每个内定子分块上分别绕制一套绕组，使每个内定子分块能分开加工；所述的转子有两个不同极性的辐射环，使不同辐射环对应的气隙部分磁场方向相反；所述的转子在不同辐射环之间有金属板,阻隔磁场在气隙的轴向流通。
进一步地，所述内定子采用分块结构，通过内定子分块之间的固定卡口，使内定子分块之间相互固定。
进一步地，所述内定子有绕组绕制在内定子轭上，绕组一边在内定子内表面，另一边在内定子外表面。
进一步地，所述金属板为圆环铜板。
进一步地，转子有两个不同极性的辐射环，产生的磁场，在转子高速旋转时每个极只切割定子导体的一部分；同时经过线圈在不同辐射环中间设有的出线槽使电流流向该内定子外表面槽的导体，加上内定子的导磁,使处在内定子外表面的线圈边不受旋转的磁场切割，没有电动势产生。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：本发明的一种新型无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机运行在发电机状态时，使绕组所产生的电动势的方向一致，不需要整流逆变器和电刷；运行在电动机状态时，使转子受到的力方向一致，不需要传感器和电力电子控制电流来控制绕组的通电和断电；内定子采用分块结构，加工简单，成本降低；内定子采用无槽结构，绕组直接绕在内定子轭上，使转子和内定子之间的磁场分布均匀，产生的电流和转矩波动小，同时在相同尺寸下槽面积更大，槽利用率更高，加工工序更简单，更容易实现自动化生产。同时与传统的无刷直流发电机或电动机相比没有退磁效应，齿槽效应，电枢反应等不利影响，使其安全性和可靠性更高，后期的维护工作量少。
附图说明
图1为本发明所用的辐射环极性分布图。
图2为本发明的转子的轴向剖切图。
图3为本发明的外定子剖切图。
图4为本发明的外定子和内定子组合的的剖切图。
图5为本发明定子轴向剖切图和线圈电流方向图。
图6为本发明的三维结构图。
图中：1001.是辐射环，2001.是圆环铜板，2002.是辐射环固定圆环，2003.是转子轴，3001.是外定子螺栓孔，3002.是外定子的固定卡槽，3003.是外定子，4001.是内定子分块之间的固定卡口，4002.是内定子轭，4003.是内定子线圈槽，4004.是内定子螺栓孔，4005.是内定子与外定子固定卡口，5001.绕组出线端，5002.绕组，5003.是内定子出线槽。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施保护不限于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明之处，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。
本实施例的一种新型拼接式无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机，包括外定子，内定子和转子各个部件按图2、图4、图5所示连接。所述的外定子有固定卡槽3002与内定子的内定子与外定子固定卡口4005相连；所述内定子有内定子与外定子固定卡口4005,与外定子卡槽3002相连；所述内定子采用分块结构，有内定子分块之间的固定卡口4001，使内定子分块之间相互固定；所述内定子采用无槽结构，使绕组5002直接绕制在内定子轭4002上，并通过固结剂固定在内定子轭4002上；所述内定子有绕组5002绕制在内定子轭上，使绕组一边在内定子内表面，一边在内定子外表面；所述内定子在每个内定子分块上分别绕制一套绕组，使每个内定子分块可以分开加工；所述的转子有两个不同极性的辐射环1001，使不同辐射环1001对应的气隙部分磁场方向相反；所述的转子在不同辐射环之间有圆环铜板2001,阻隔磁场在气隙的轴向流通；所述内定子有出线槽5003。
本实施例的设计就是充分应用辐射环1001产生单极的磁场，切割导线产生一定质量的直流电，运行在发电机状态。或通入电枢电流，使导体在辐射环产生的磁场中受到力的作用，从而推动转子旋转，运行在电动状态。设计中，转子有两个不同极性的辐射环，产生的磁场，在转子高速旋转时每个极只切割定子导体的一部分如图5；同时经过线圈5002在不同辐射环中间的出线槽5003使电流流向该内定子外表面槽的导体，加上内定子4002的导磁,使处在内定子外表面的线圈边不受旋转的磁场切割，没有电动势产生。这样就使每个线圈总的电动势方向一致。经过推导可以得出产生的电动势为其中B为磁场强度，v为磁场旋转速度，l为绕组一边长度,N为绕组串联匝数。这样就可以把两个定子上不同磁场极性产生的电动势通过串并联产生不同的电压，在线圈的电动势方向一致，使电机运行在发电机状态。当两个定子的电枢绕组通入不同的直流电，如图5使两套电枢绕组在内定子内部产生的电流方向相反。由于两个定子处在不同极性的辐射环位置和内定子4002的导磁,使处在内定子内外表面的线圈边处在不同磁场中，产生的力也不同，其中内表面受到的力大于外表面，经过推导电机所受的力有其中B为磁场强度，I为每根导体电流大小，l为绕组一边长度,N为绕组串联匝数。同时两个定子电流不同使转子受同一个方向的力，进而运行在电动机状态。
同时每个定子由四个内定子分块组成。电枢绕组5002缠绕在每个内定子分块内定子轭4002上，如图5。然后用固结剂将电枢绕组5002固定在内定子轭4002。它的作用是使线圈在安装时可以一边在内定子内表面，一边在内定子外表面，如图5，从而使旋转磁场只切割线圈内定子内边，不切割线圈内定子外的边。这样可以避免线圈内产生的电动势相互抵消，从而运行在发电机状态时产生不出直流电，运行在电动机状态时，产生不出转矩。
线圈在安装时一边在内定子内表面，一边在内定子外表面。因为铜的导磁率接近空气，所以在一种新型拼接式无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机的气隙磁场强度分布均匀。这样使电机产生的直流电和转矩就不会有波动。同时绕组产生的主磁通只通过内定子形成回路，不经过有永磁体的转子，这样电机就可以消除电枢反应的退磁效应，同时就不用安装补偿绕组和换向绕组，从而降低直流电机的复杂性和成本。
转子装备两个不同极性的辐射环1001，切割内定子内侧面时使内定子轭的电动势相互抵消，以至于不会对外产生电动势，威胁使用电机的工作人员。同时不同辐射环1001之间还有圆环铜板2001以减少不同辐射环1001的磁场在气隙之间直接闭合，从而减少电机漏磁。
Claims (5)
1.一种新型拼接式无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机，包括外定子、内定子和转子，其特征在于：所述的外定子有固定卡槽(3002)与内定子的内定子与外定子固定卡口(4005)相连；所述内定子通过内定子与外定子固定卡口(4005)与外定子卡槽(3002)相连；所述内定子采用无槽结构，使绕组(5002)直接绕制在内定子轭(4002)上，并通过固结剂固定在内定子轭(4002)上；所述内定子在每个内定子分块上分别绕制一套绕组，使每个内定子分块能分开加工；所述的转子有两个不同极性的辐射环(1001)，使不同辐射环(1001)对应的气隙部分磁场方向相反；所述的转子在不同辐射环之间有金属板,阻隔磁场在气隙的轴向流通。
2.根据权利要求1所述的一种新型拼接式无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机，其特征在于所述内定子采用分块结构，通过内定子分块之间的固定卡口(4001)，使内定子分块之间相互固定。
3.根据权利要求1所述的一种新型拼接式无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机，其特征在于所述内定子有绕组(5002)绕制在内定子轭上，绕组一边在内定子内表面，另一边在内定子外表面。
4.根据权利要求1所述的一种新型拼接式无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机，其特征在于所述金属板为圆环铜板(2001)。
5.根据权利要求1所述的一种新型拼接式无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机，其特征在于转子有两个不同极性的辐射环，产生的磁场，在转子高速旋转时每个极只切割定子导体的一部分；同时经过线圈(5002) 在不同辐射环中间设有的出线槽(5003)使电流流向该内定子外表面槽的导体，加上内定子(4002)的导磁,使处在内定子外表面的线圈边不受旋转的磁场切割，没有电动势产生。
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